Основные положения концепций дальнодействия и быстродействия

Московский институт предпринимательства и права

Юридический факультет

 

 

 

 

 

 

 

Предмет: КОНЦЕПЦИЯ  СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Тема: Основные положения  концепций дальнодействия и быстродействия

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент 2-го курса

группы выходного  дня

Ларионов А.А.

 

 

 

 

Москва, 2012 г.

Введение

Тема  работы – основные положения концепций дальнодействия и быстродействия.

Данная тема уже анализировалась  у различных авторов в различных  изданиях: учебниках, монографиях, периодических  изданиях и в интернете. Тем не менее, при изучении литературы и  источников отмечается недостаточное  количество полных и явных исследований тематики концепции дальнодействия и близкодействия.

В XVII веке родилось классическое естествознание, у истоков которого стояли такие выдающиеся ученые как Н. Коперник, Г. Галилей, И. Кеплер, Р. Д Доминантой классического естествознания, да и всей науки Нового времени стала механика. Возникла мощная тенденция сведения (редукции) всех знаний о природе к фундаментальным принципам и представлениям механики. В 1687 г. вышел основополагающий труд Ньютона «Математические начала натуральной философии». Этот труд более чем на два столетия определил развитие всей естественно-научной картины мира, с помощью него было положено начало развития физики как математической науки. 
Ньютон, как и древние атомисты считал реальными атомы, частицы материи из которых состоят все физические объекты, а также вакуум, (пустоту) заполняющий все пространство между ними.

Вопрос  о том, как передается действие от одного тела к другому, приобрел особую остроту в связи с установлением  закона всемирного тяготения. Учение об электричестве и магнетизме на рубеже XVI-XVII вв. только зарождалось, а в  области тяготения в результате работ Ньютона был уже сформулирован  в математической форме закон  тяготения. Но этот закон не давал  ответа на другой вопрос, каким образом  удаленные друг от друга тела действуют  друг на друга. В этот период и возникают  две точки зрения на проблему передачи действия на расстояние.

В физике под взаимодействием понимается воздействие тел или частиц друг на друга, приводящее к изменению  состояния их движения. В механике Ньютона взаимодействия характеризуются  силой, более общей характеристикой  взаимодействия является потенциальная  энергия. В трактовке взаимодействия исторически сменяли друг друга  разные концепции.

Дальноде́йствие (непосредственное действие тел на расстоянии) и короткоде́йствие (близкодействие) — две концепции классической физики, противоборствовавшие на заре её становления.

Таким образом, к XVIII в. оформляются две  точки зрения на проблему взаимодействия. Одна основана на принципе дальнодействия, другая – на принципе близкодействия. Влияние взглядов Ньютона на последующее развитие физики было столь велико, что и учение об электричестве и магнетизме строилось в духе ньютоновской концепции дальнодействия, требующей установления математических законов взаимодействия электрических и магнитных сил без выяснения их природы. Так было вплоть до эпохи Фарадея – Максвелла.

В своей  работе я рассмотрю основные положения  концепций дальнодействия и быстродействия.

 

 

История возникновения и основные принципы теорий дальнодействия и быстродействия.

Во все времена формирование представлений о физическом действии являлось одной из основополагающих проблем теоретической физики. Есть все основания считать что, несмотря на значительный прогресс в развитии физической науки проблема действия актуальна и в настоящее время. По мере развития физической науки  взгляды на физическое действие также  менялись. Однако всегда сохранялся паритет  между мировоззренческой концепцией физического действия и теоретической  составляющей науки.

Проследить формирование существующей концепции физического  действия в исторической ретроспективе  несложно. В первую очередь она  связана с научной деятельностью  выдающегося физика 17-18 веков –  Исаака Ньютона. 
В 1687 году были опубликованы его знаменитые «Математические начала натуральной философии». Ньютон сформулировал три основных закона движения, которые легли в основу механики как науки.

1-й закон:

всякое тело сохраняет  состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения до тех  пор, пока оно не будет вынуждено  изменить его под действием каких-то сил.

2-й закон:

приобретаемое телом под  действием какой-то силы ускорение  прямо пропорционально этой действующей  силе и обратно пропорционально  массе тела.

3-й закон:

действия двух тел друг на друга равны по величине и направлены в противоположные стороны.

Данная  система законов движения была дополнена  открытым Ньютоном законом всемирного тяготения, согласно которому все тела, независимо от их свойств и от свойств среды, в которой они находятся, испытывают взаимное притяжение, прямо пропорциональное их массам и обратно пропорциональное квадрату расстояния между ними. Ньютон создал дифференциальное и интегральное исчисления. Он сделал важные астрономические наблюдения, внес большой вклад в развитие оптики (опыты в области дисперсии света). Для обозначения меры взаимодействия тел Ньютон ввел понятие приложенной силы, которая определяет ускорение тела.

Ньютон, как и древние  атомисты считал реальными атомы, частицы  материи из которых состоят все  физические объекты, а также вакуум, (пустоту) заполняющий все пространство между ними. Из его законов следовало, что для взаимодействия удаленных  друг от друга физических объектов не требуется никаких материальных посредников. Действия могут осуществляться мгновенно и через пустоту.

Между тем, в те далекие времена в  науке господствовала концепция  близкодействия, согласно которой никакой  пустоты в природе нет и  быть не может. Все пространство заполнено  материей, частицы которой, находясь в непрерывном движении непосредственно  контактируя, действуют друг на друга. Таким образом, все явления физического  мира сводились к взаимодействию соприкасающихся материальных частиц. Родоначальником ее является французский мыслитель Рене Декарт. Декарт и его последователи (картезианцы) пытались объяснить тяготение, не прибегая к понятию силы, и представить его как чисто кинематический эффект, обусловленный движением любого вещества, заполняющего все пространство, невесомого флюида – эфира. Именно волны в эфире передают взаимодействие от одних тел к другим, подобно тому, как волны на поверхности воды приводят в движение поплавок. Некоторое представление о таком объяснении может дать хотя бы следующая мысль в духе Декарта. В жидкости, которая вращается в сосуде, легкие тела устремляются (как бы тяготеют) к оси вращения и подобно этому в вихре среды, заполняющей мировое пространство, вызванном вращением Солнца, планеты испытывают тяготение к Солнцу. И свет, по Декарту, рассматривался как давление, передающееся частицами Среды от источника к глазу. Электрические и магнитные явления объяснялись вихрями тонкой материи, которая выходит, например, из одного полюса магнита и входит в другой, действуя при этом на железные тела, находящиеся вблизи магнита.

Все объяснения такого рода совершенно искусственны и не вытекают из опытных фактов. Но объяснения Декарта получили широкое распространение, потому что были просты и наглядны. Лежащая в их основе идея: тяготение, электрическое и магнитное действия передаются от тела к телу через среду.

Принцип, согласно которому действие передается через среду в течение некоторого времени, получил название принципа близкодействия. Этот принцип берет  свое начало от Декарта, хотя попытки  объяснить передачу действия за счет существования особой среды –  эфира можно найти и у древних  мыслителей, справедливо полагающих, что “тело не может действовать  там, где его нет”. В том же духе объяснял электрические явления  и английский ученый Вильям Гильберт.

Однако  при всей внешней простоте кинематические представления о тяготении были абсолютно бесплодны – из них  не вытекало ничего нового. Поэтому  картезианские идеи не смогли долгое время выдерживать конкуренцию  с теорией тяготения, выдвинутой Ньютоном.

Из  закона тяготения Ньютона вытекало множество следствий и объяснений различных земных и небесных явлений. Так, например, закон объяснял, почему движение планет подчиняется законам  Кеплера. Ньютоновское объяснение тяготения сводилось к утверждению о том, что на каждое тело со стороны других действует сила, вычисляемая по установленному им закону. Почему эта сила действует, как передается тяготение на огромные расстояния, т.е. каков механизм тяготения, Ньютон объяснить не смог, так как не было необходимых фактов, на базе которых можно было бы построить обоснованную гипотезу, а надуманных гипотез он не признавал. Последователи Ньютона (ньютонианцы), восхищенные успехами построенной им теории, довели до абсурда его тезис “Гипотез я не измышляю”– стали вообще отрицать необходимость отыскания причин явлений, считая, что для объяснения всех явлений надо просто вводить соответствующие силы, не задумываясь об их происхождении.

Таким образом, от работ Ньютона берет  начало второй принцип, связанный с  проблемой взаимодействия, – принцип  дальнодействия, согласно которому действие передается от тела к телу без участия какой-либо промежуточной среды, и притом мгновенно.

Надо отметить, что вышеуказанная  трактовка данного принципа не совсем точна. Большинство последователей Ньютона нередко отходили от его подлинно глубоких идей, забыв или вовсе не зная о его осторожных и тонких замечаниях. В XVIII в. они крайне упростили ту физическую картину мира, которая проступала перед мысленным взором Ньютона. Так, например, утвердилось представление о существовании бесконечного пустого межпланетного и межзвездного мирового пространства, между тем как Ньютон склонялся к идее крайней разреженности мировой материи, не вызывающей заметного торможения планет. Утвердился также и жесткий принцип дальнодействия как передачи действия тяготения через пустоту и мгновенно, т.е. с бесконечной скоростью. Принцип дальнодействия гласит, что если тело А, находящееся в точке а, действует на другое тело В, то тело В, находящееся в точке b, испытывает это воздействие в тот же момент.

Ньютон  же считал необходимым наличие некоего  передатчика этого действия, «агента», правда, допуская его, быть может, нематериальную природу.

Так или иначе, концепцию дальнодействия пытались поддержать авторитетом Ньютона, хотя это и не соответствовало действительности. Сторонников действия на расстоянии нисколько не смущала мысль о действии тела там, где его самого нет. Отрицая теорию близкодействия, они приводили следующие аргументы. При самом тесном контакте между телами остается небольшой промежуток. Ведь груз, подвешенный на нити, не разрывает эту нить, хотя между отдельными атомами, слагающими ее, также пустота. Действие на расстоянии не только не невозможно, но это единственный способ действия, встречающийся повсюду. Близкодействие существует не в природе, а лишь в головах сторонников этой концепции. Ведь это представление основано на грубом опыте донаучных времен, когда считали контакт необходимым для взаимодействия, но не понимали, что никакого прямого контакта не бывает, а существует действие на столь малых расстояниях, которые нельзя измерить при несовершенных методах наблюдения.

Ньютон был против такого изложения концепции дальнодействия, однако наличие в природе таких явлений, как гравитация, электричество и магнетизм, не укладывалось в концепцию близкодействия. Поэтому об их природе Ньютон предпочитал не рассуждать, оставляя эту проблему на долю потомков.

Таким образом, описывая эти  две противоположные концепции  нужно исходить из определения, что  дальнодействие в первую очередь это действие на расстоянии, а близкодействие, как противостоящее ему, это непосредственное, контактное действие.

 

Дальнейшее развитие концепции дально- и быстродействия.

Не удивительно, что на все вопросы, касающиеся заполненности пространства и природы физического действия, картезианцы и последователи Ньютона имели свои точки зрения, весьма отличающиеся друг от друга. Противостояние двух концепций вылилось в длительные научные и богословские дискуссии, переходящие порой в ожесточенные споры. (Это противостояние идей близко и дальнодействия сохранилось и поныне).

Между тем научный прогресс шел своим чередом, и, казалось бы, весомым аргументом в противостоянии двух концепций стало создание Максвеллом своей теории электромагнетизма.

Теория  Максвелла была основана на идеях  и экспериментах Фарадея, который, отказавшись от концепции дальнодействия через пустоту, заполнил вакуум новой материальной субстанцией – физическим полем. Согласно Фарадею электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое и магнитное (если он движется) поля. Поля одного заряда действуют на другой и наоборот.

В основе представлений Фарадея об электрическом  поле было понятие о силовых линиях, которые расходятся во все стороны  от наэлектризованных тел. Эти линии, дающие направление действия электрической силы в каждой точке, были известны уже давно. Их наблюдали и изучали как любопытное явление.

Фарадей был первым, кто отказался рассматривать  силовые линии просто как способ обнять одним взглядом направления  равнодействующей сил дальнодействия от наэлектризованных тел или токов в различных местах: сложный результат простых законов. Силовые линии, по Фарадею,— это наглядное отображение реальных процессов, происходящих в пространстве вблизи наэлектризованных тел или магнитов. При этом он сообщил концепции силовых линий замечательную ясность и точность. Распределение силовых линий, по Фарадею, дает картину электрического поля вблизи зарядов или магнитного вблизи магнитов и проводников.

«Фарадей,—  писал Максвелл,— своим мысленным  оком видел силовые линии, пронизывающие  все пространство. Там, где математики видели центры напряжения сил дальнодействия, Фарадей видел промежуточный агент. Где они не видели ничего, кроме расстояния, удовлетворяясь тем, что находили закон распределения сил, действующих на электрические флюиды, Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде».